LTE下行传输机制--PDCCH
1 PDCCH概述
PDCCH: Physical Downlink Control Channel, 物理下行控制信道。它采用QPSK调制。PDCCH携带DCI信息。一个PDCCH只能有一种格式的DCI, 1个下行子帧上可以发送多个PDCCH.
1.1 CCE 与聚合等级
PDCCH的资源单元是CCE, 1个CCE包含9个REG,一个REG是由连续的4个RE组成，如果在一个REG的中间存在RS（reference signal），那么一个REG是表示除了RS之外的连续4个RE。 CCE是逻辑上的资源单位，对应PRB上的9个物理资源单位REG。一个PDCCH是n个连续的CCE, 称作聚合等级(Aggregation Level), 有4种聚合等级:{1,2,4,8}. 如果聚合等级为8的话，就表示一个PDCCH 是8个连续的CCE。一个PDCCH起始的CCE要求是对应等级的倍数。
LTE中支持4中不同类型的PDCCH
| PDCCH格式 |
CCE个数 |
REG个数 |
PDCCH比特数 |
| 0 |
1 |
9 |
72 |
| 1 |
2 |
18 |
144 |
| 2 |
4 |
36 |
288 |
| 3 |
8 |
72 |
576 |
说明：
- 1个REG由位于同一OFDM符号上的4个或6个相邻的RE组成，但只有其中的4个RE可用，另外两个被两个参考信号RS所占用（被RS占用的RE不能被REG使用）；
- 1个CCE由9个REG构成，之所以定义REG资源单位，目的是为了有效支持PCFICH、PHICH等数据率很小的控制信道的资源分配，即PCFICH，PHICH的资源分配是以REG为单位的；而定义相对较大的CCE，是为了用于数据量相对较大的PDCCH的资源分配。
- LTE中CCE的编号和分配是连续的，假设系统分配了PCFICH和PHICH后，剩余的REG数量为NREG，则PDCCH可用的CCE数目为NCCE=NREG/9（向下取整），并且CCE的编号从0开始到NCCE-1。
- PDCCH所占用的CCE数目取决于UE所处的下行信道环境，对于下行信道环境好的UE，eNodeB可能只需分配一个CCE，对于下行信道环境较差的UE，eNodeB可能需要为之分配多达8个的CCE。
- 为了简化UE在解码PDCCH时的复杂度，LTE中还规定CCE数目为N的PDCCH，其起始位置的CCE号，必须是N的整数倍。
1.2 搜索空间
与聚合等级有关系:
| 搜索空间 | 可选的Aggregation Level | 可能承载的内容(RNTI) |
|---|---|---|
| Common space | {4,8} | BCCH(si-rnti)/PAGING(p-rnti)/RAR(ra-rnti) |
| UE-specific space | {1,2,4,8} | DL-SCH/UL-SCH控制信息(c-rnti) |
搜索空间+集合等级 的组合对应PDCCH candidate的个数如下：
1.3 PDCCH之DCI
LTE中支持的DCI格式
| DCI格式 |
目的 |
所适用的PDSCH传输模式 |
| 0 |
PUSCH确认 |
全部 |
| 1 |
单码字PDSCH分配 |
1，2，7 |
| 1A |
使用压缩格式的PDSCH分配 |
全部 |
| 1B |
秩为1传输模式的PDSCH分配 |
6 |
| 1C |
使用非常紧凑格式的PDSCH分配 |
不适用 |
| 1D |
多用户MIMO PDSCH分配 |
5 |
| 2 |
闭环MIMO操作的PDSCH分配 |
4 |
| 2A |
开环MIMO操作的PDSCH分配 |
3 |
| 2B |
双层波束成形的PDSCH分配 |
8 |
| 2C |
最多8层空间复用的PDSCH分配 |
9 |
| 3 |
用2bit功率调整PUCCH和PUSCH多用户发射功率控制命令（TPC） |
不适用 |
| 3A |
用1bit功率调整PUCCH和PUSCH多用户发射功率控制命令（TPC） |
不适用 |
| 4 |
最多4层空间复用的PUSCH确认 |
全部（若为PUSCH传输模式2所配置的话） |
【格式0】—用于确认PUSCH传输的资源
PDCCH的0123分别包含1、2、4、8个CCE，选用哪种格式的PDCCH，不仅取决于要传的数据个数，还取决于信道质量等因素，比如对小区边缘的UE，就应该用多的CCE以保证可靠性。
0123基本是按大类分，比如0上行，1下行，2是MIMO等，然后在大类里又分abcd几个小类 对的。0上行，1下行，2 MIMO，3传TPC信息。
1,2,4,8对应的是CCE个数，也就是aggregation level，也就对应某个UE在当前TTI的PDCCH channel，或者公共PDCCH channel，选择多少个CCE一般是有UE的CQI决定的，如果信道质量比较好，则可以选择小的CCE个数，毕竟PDCCH是非常珍贵的资源。DCI是指当前TTI的不同PDCCH channel采用的格式，一般由传输模式决定，比如说0用于上行，1C一般用于SI,RAR,PAGING等，1A用于SFBC，2/2A用于SM。
| DCI格式 |
|
通过DCI格式传输的信息 |
| DCI 0 |
用于 PUSCH调度 |
格式0和格式1A区分的标志(1bit) 跳频标志位(1bit) 资源块分配和跳频资源分配 调制编码方案和冗余版本(5bit) 新数据指示(1bit) 被调度的PUSCH的传输功率控制命令(2bit) 上行索引号(2bit) 下行索引号(2bit) CQI请求(1bit) |
| DCI 1 |
调度PDSCH单码字 |
资源分配类型0或者1(1bit) 资源块分配 调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit） 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) |
| DCI 1A |
压缩调度of|(PDSCH单码字&PDCCH命令发起的随机接入进程) |
集中式和分布式VRB分配标志(1bit) 资源块分配 调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit） 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) 格式0和格式1A区分标志(1bit) 集中式和分布式VRB分配标志(1bit) 资源块分配 随机接入导频序列号(6bit) PRACH掩码号(4bit) 用于单PDSCH码字的压缩调度的其余比特全部设置成0 |
| DCI 1B |
带有预编码信息的PDSCH单码字压缩调度 |
集中式和分布式VRB分配标志(1bit) 资源块分配 调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit） 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) 用于预编码的TPMI信息 TPMI信息 用于预编码的PMI确认 |
| DCI 1C |
PDSCH单码字的高压缩调度 |
间距值(1bit) 资源块分配 传输块尺寸索引(5bit) |
| DCI 1D |
压缩调度of(带有预编码和功率偏移信息的PDSCH单码字) |
集中式/分布式VRB分配标志位(1bit) 资源块分配 调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit） 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) 用于预编码的TPMI信息 TPMI信息 下行功率偏移(1bit) |
| DCI 2 |
调度PDSCH双码字 |
资源分配头（资源分配类型0/资源分配类型1）（1bit） 资源块分配 用于PUCCH的功控命令(2bit) 下行分配索引(2bit) HARQ进程数（4bit） 传输块到码块映射标志位（1bit） TB1&TB2:调制编码方案 (5bit) 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) 预编码信息 |
| DCI 2A |
带有预编码的PDSCH双码字 |
资源分配头（资源分配类型0/资源分配类型1）（1bit） 资源块分配 用于PUCCH的TPC命令(2bit) 下行分配索引(2bit)；HARQ进程数（4bit） 传输块到码块映射标志位（1bit） TB1&TB2:调制编码方案 (5bit) 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) 预编码信息 |
| DCI 2B |
带扰码？的PDSCH双码字 |
资源分配头（资源分配类型0/资源分配类型1）（1bit） 资源块分配 下行分配索引(2bit) HARQ进程数（4bit） 扰码标识(1bit) TB1&TB2:调制编码方案 (5bit) 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) |
| DCI 3 |
PUCCH和PUSCH的TPC命令传输 |
TPC命令1，TPC命令2(2bit) |
| DCI 3A |
PUCCH和PUSCH的TPC命令传输 |
TPC命令1，TPC命令2(1bit) |
2 PDCCH过程
1.CRC
DCI进行CRC16处理，在其尾部添加了16比特，然后该16比特与相应的RNTI进行异或，最终得到CRC的输出数据。
2.维特比编码
维特比编码并行输出产生三路数据。
3.速率匹配
这部分则是将该三路数据按一定地址排列后，循环串行输出达到相应长度。这里的长度根据PDCCH信道的格式确定（稍后展开讨论）
4.复用
将不同的DCI放在一个子帧内，形成一段数据。
5.加扰
根据子帧号和cell_id算出Cinit。利用Cinit值对数据进行加扰，长度不发生变化。
6.调制
不同的调制方式，输出得到的数据长度也会不同，这里采用QPSK。输出长度减为一半。
7.层映射与预编码
8.quadruplet交织
四个数据为一组，根据速率匹配的地址进行重新排列。最后得到完整的一个子帧上PDCCH信道数据，后面进行资源映射。
附加说明：
每个PDCCH中，包含16bit的CRC校验，UE用来验证接收到的PDCCH是否正确，并且CRC使用和UE相关的Identity进行扰码，使得UE能够确定哪些PDCCH是自己需要接收的，哪些是发送给其他UE的。可以同来进行扰码的UE Identity包括有：C－RNTI， SPS－RNTI，以及公用的SI－RNTI， P－RNTI和RA－RNTI等。
每个PDCCH，经过CRC校验后，进行TBCC信道编码和速率匹配。eNodeB可以根据UE上报上来的CQI进行速率匹配。此时，对于每个PDCCH，就可以确定其占用的CCE数目的大小。
前面已经提到过，可用的CCE的编号是从0到NCCE－1。可以将CCE看作是逻辑的资源，顺序排列，为所有的PDCCH所共享。eNodeB 根据每个PDCCH上CCE起始位置的限制，将每个PDCCH放置在合适的位置。这时可能出现有的CCE没有被占用的情况，标准中规定需要插入NIL，NIL对应的RE上面的发送功率为-Inf，也就是0。
下行控制信道资源映射结构图
3 PDCCH位置
PDCCH在时域上占用每个子帧的1/2/3个OFDM符号（系统带宽为1.4MHz时，可能占用4个OFDM符号），符号个数有PCFICH指示。为了了解PDCCH的资源分配方式，我们首先介绍下LTE系统下行控制信道的资源粒度。
4 PDCCH检测
因为PDCCH是基站发送的指令，UE在此之前除了一些系统信息外没有接收过其他信息，因此UE不知道其占用的CCE数目大小，位置，以及传送的DCI format。因此，PDCCH的检测属于盲检测。
首先看一下UE如何知道传送的是哪种DCI format：对于DCI format，UE会根据自己当前的状态期望获得某一种DCI，比如其在Idle状态时期待的信息时paging SI； 有上行数据准备发送时期待的是UE Grant， 发起Random Access后期待的是RACH Response。对于不同信息UE使用相应的RNTI去和CCE信息做CRC校验，如果CRC校验成功，那么UE就知道的这个信息时自己所需要的，进一步根据调制编码方式解出DCI的内容。
UE只知道自己是什么DCI信息还不够，还得知道去哪里找这些信息。上一节说到在下行控制资源中（一般是1/2/3个OFDM符号），出去PHICH,PCFICH,以及CRS之后，将剩余的资源分配给PDCCH CCE，如果UE将所有的CCE遍历一边，那么对于UE来说计算量将会很大。因此，LTE系统将可用的CCE分成两种搜索空间，分别是公共搜索空间和UE特定搜索空间。另外，对于CCE数目为N的PDCCH，LTE规定了其起始位置必须是N的整数倍。下图给出了公共DCI和UE特定DCI及不同CCE个数对应的搜索空间。
公共搜索空间中传输的数据主要是包括系统信息、RAR、寻呼等消息，每个用户都要进行搜索。公共搜索空间的位置是固定了，总是在CCE0-CCE 16，并且公共搜索空间中AL只有4和8两种，因此用户在对公共搜索空间进行搜索时，从CCE0开始按照AL为4搜索4次，再以AL为8搜索2次。
对于UE特定的搜索空间，每个UE的搜索起始点是不同的，按照如下公式进行计算
其中，A=39827，D=65537，Y（-1）=UE ID, Alpha是聚合等级，NCCE表示CCE可用数目，K表示TTI索引。
从上面的公式可以看出UE特定的搜索空间的起始点取决于UE的ID（C－RNTI），子帧号，以及PDCCH的类型，因而，随着子帧的不同，UE特定的搜索空间也有所不同。这里需要指出的是UE特定的搜索空间和公共的搜索空间有可能是重叠的。
对于大小为N的PDCCH，在某一子帧内，对应某UE的特定搜索区间的起点就可以确定（起点可能落入公共搜索区间的范围内），UE从起始位置开始，依次进行对应大小PDCCH的盲检（也就是满足大小为N的PDCCH，其起始点的CCE号必须为N的整数倍）。对于公共搜索区间和UE特定搜索区间重叠的情形，如果UE已经在公共搜索区间成功检测，那么UE可以跳过重叠部分对应的特定搜索区间。
因此，UE进行盲检测的次数可以计算如下：公共搜索空间搜索次数6次+UE特定搜索空间搜索16次（可以通过上图计算得到）。UE在PDCCH搜索空间进行盲检时，只需对可能出现的DCI进行尝试解码，并不需要对所有的DCI格式进行匹配。UE在同一个时刻所处的状态只有两种。因此，PDCCH盲检的总次数不超过44次。